高重合度螺旋锥齿轮设计技术研究.docx

    高重合度螺旋锥齿轮设计技术研究    朱文林摘要：齿轮传动的重合度与传动误差是影响其动态性能和振动噪音的主要因素本文提出了提高螺旋锥齿轮重合度的设计方法，并对某螺旋锥齿轮进行了重合度设计仿真结果表明：通过调整接触路径可以有效地提高螺旋锥齿轮的重合度，有利于降低齿轮传动的噪音提高平稳性关键词：高重合度；螺旋锥齿轮；接触路径螺旋锥齿轮是实现相交轴运动传递的基础元件，具有重合度大、传动平稳、承载能力强等优点，广泛应用于各种机械设备中相交和相错轴传动，如汽车、工程机械、直升机传动系统、机床等1 高重合度螺旋锥齿轮齿面具有准共轭特性，即当传递载荷很小（趋于零）时，实际重合度为1.0当载荷增大时，重合度增加，齿面接触路径上参与啮合的长度增加当载荷增大至小轮或大轮的齿顶达到接触时，重合度达到设计的最大值随着载荷继续增大，则出现了边缘接触，此时重合度略有增加，但严重的边缘接触易引起强度破坏和振动噪音[1]当齿轮副的实际重合度大于1.0时，则出现了多齿对同时接触，载荷在各齿对间产生分配，采用载荷分配系数来衡量定义载荷分配系数为：式中：p为当前齿上承受的载荷，P为传动扭矩转化的总载荷Cp反映了当前齿的承载情况，较小的Cp可使齿轮强度和寿命大大地增加。

2 高重合度设计方法根据航标HB/Z89.1-85，螺旋锥齿轮重合度计算公式：式中为总重合度，为端面重合度，为齿向重合度由上式可知：提高重合度的方法有增加端面重合度和增加齿向重合度两种2.1 增加端面重合度增加端面重合度的方式主要有两种：——增加工作齿高；——采用非零变位设计1）增加齿高设计变量为齿高系数和齿顶高系数目标函数为重合度最大和齿根弯曲强度最大格里森对于不同的小轮齿数，规定了不同的齿高系数和齿顶高系数，因此必须把这些项目作为优化设计的边界条件①齿顶厚限制——工作齿高增加后，需要验算小轮齿顶的厚度，以避免齿顶变尖②刀具条件限制——工作齿高增加后，为了使齿轮能用标准系列刀具加工，必须考虑刀具条件的限制③小轮根切条件验算——为了保证高齿制螺旋錐齿轮不发生根切现象，设计时应保证（式中为齿轮小端极限齿根高，为齿轮小端齿根高）增加工作齿高，使其端面当量齿轮实际啮合线长度增加，不仅增大了其重合度，同时可以在相同的失配量下避免齿轮发生边缘接触，有助于降低噪音2）采用非零变位设计“非零变位”即选择高度变位系数和小于零，切向变位系数和不等于零变位的结果是锥齿轮的节锥不变，分锥相对于节锥增大，并且保持轴交角不变，节锥距不变。

非零变位设计使锥齿轮的啮合角减小，分度圆模数增加，重合度增大螺旋锥齿轮啮合角减小，可使齿面法向力的径向分力减小，在相同负载下减小了作用于齿轮轴和轴承上的力，这有助于减小振动，降低噪音采用非零变位可改善其啮合性能，实现多齿对传动，使其具有低噪音的传动特点2.2 增加齿向重合度在传统的螺旋锥齿轮的设计与制造中，要求齿面路径接近与根锥垂直，其啮合性能近似于平行轴传动的直齿轮，重合度小、强度较低、振动噪声大方宗德等[2]提出的基于局部综合法的加工参数设计方法，可按预定的参考点位置、接触路径方向和接触椭圆尺寸、以及传动比的一阶导数精确计算得到加工齿面所需的全部机床和刀具参数在此基础上全面考虑齿轮副在小端、中端、大端啮合时的接触印痕，通过对加工参数的优化设计，消除了齿轮副可能出现诸如菱形接触、鱼尾接触等三阶接触缺陷，从而实现了锥齿轮副啮合质量的全局控制该方法通过调整齿面接触路径方向使之倾斜以延长接触路径，达到增大重合度的目的3 螺旋锥齿轮高重合度设计在切齿参数设计时，通过调整接触路径，使接触路径的切向方向与大轮根锥的夹角分别为75°、45°、15°，运用几何啮合和承载啮合仿真技术，对其啮合性能进行分析，如图1所示。

图1为齿轮副工作面（小轮凹面和大轮凸面）在三种不同接触路径且无载荷条件下的齿面印痕及传动误差曲线a）中接触路径的切线方向与根锥夹角为75°，接触路径近似垂直根锥；（b）中接触路径的切线方向与根锥夹角为45°；（c）中接触路径的切线方向与根锥夹角为15°，此时接触路径相当倾斜由传动误差曲线可知：（a）、（b）、（c）三种接触路径对应的齿轮副的设计重合度分别为1.375、1.542、2.417对上述三种齿轮副在2500Nm载荷下的载荷分配系数进行分析可知：（a）中在第5至第8个位置处于单齿对啮合，载荷分配系数为1.0；（b）中设计重合度大于（a），但仍有单齿对啮合的区域；而（c）中设计重合度大于2，每一瞬时至少两对齿同时参与啮合，最大载荷分配系数小于0.8此外在接触路径的两端，（a）明显产生边缘接触，而（c）则没有边缘接触不仅影响强度，还产生振动和冲击4 总结本文提出了高重合度螺旋锥齿轮设计方法，并对某螺旋锥齿轮进行了高重合度设计通过分析可知：螺旋锥齿轮的重合度可以通过增加齿高、采用非零变位设计以及调整齿面接触路径方向来提高通过对三种齿面接触路径倾斜度不同设计方案进行啮合仿真分析发现：调整齿面接触路径可以有效增加螺旋锥齿轮的重合度，降低载荷分配系数，有利于提高螺旋锥齿轮的工作平稳性。

参考文献：[1]邓晓忠，范明，杨宏斌.螺旋锥齿轮的重合度与承载量的关系.中国机械工程.2001，12（8）；[2]方宗德，杨宏斌，周彦伟等.高速弧齿锥齿轮动态啮合质量优化.航空学报. 2001，22（1）：69～72科技信息·中旬刊2018年5期科技信息·中旬刊的其它文章一种广告高炮基站新型改造方案浅析轨道交通运输乘务运作管理建筑工程质量管理的关键因素及措施分析互动式教学理论在陆空通话课堂中的应用研究简析信息技术对人力资源管理模式的重要意义双离合器自动变速器换档规律标定的研究  -全文完-。